SATA接口

SATA是Serial ATA的縮寫，即串列ATA。它是一種電腦匯流排，主要功能是用作主機板和大量存儲設備（如硬碟及光碟驅動器）之間的數據傳輸之用。這是一種完全不同於串列PATA的新型硬碟接口類型，由於採用串列方式傳輸數據而得名。SATA匯流排使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區別在於能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。串列接口還具有結構簡單、支持熱插拔的優點。

2000年11月由“Serial ATA Working Group”團體所制定，SATA已經完全取代舊式PATA（Parallel ATA或舊稱IDE）接口的舊式硬碟，因採用串列方式傳輸數據而得名。在數據傳輸上這一方面，SATA的速度比以往更加快捷，並支持熱插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬體。另一方面，SATA匯流排使用了嵌入式時鐘頻率信號，具備了比以往更強的糾錯能力，能對傳輸指令（不僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，提高了數據傳輸的可靠性。不過，SATA和以往最明顯的分別，是用上了較細的排線，有利機箱內部的空氣流通，某程度上增加了整個平台的穩定性。

現時，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規格。未來將有更快速的SATA Express規格。

基本介紹

• 中文名：SATA接口
• 外文名：Serial ATA
• 概述：串列ATA

原理優點

優點

與並行ATA相比，SATA具有比較大的優勢。

硬碟電源SATA接口線

首先，Serial ATA以連續串列的方式傳送數據，可以在較少的位寬下使用較高的工作頻率來提高數據傳輸的頻寬。Serial ATA一次只會傳送1位數據，這樣能減少SATA接口的針腳數目，使連線電纜數目變少，效率也會更高。實際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用於連線電纜、連線地線、傳送數據和接收數據，同時這樣的架構還能降低系統能耗和減小系統複雜性。

其次，Serial ATA的起點更高、發展潛力更大，Serial ATA 1.0定義的數據傳輸率可達150MB/sec，這比目前最快的並行ATA(即ATA/133)所能達到133MB/sec的最高數據傳輸率還高，而在已經發布的Serial ATA 2.0的數據傳輸率將達到300MB/sec，最終Serial ATA 3.0將實現600MB/sec的最高數據傳輸率。

SATA接口體系結構

結合SATA2.5協定標準，將SATA接口的劃分為四個層次來實現即:物理層、鏈路層、傳輸層和套用層。如，SAS接口體系結構圖

SATA接口物理特性

SATA接口是新型計算機硬碟接口，在接口的物理特性上，完全推翻了SATA並行接口的模式，接口分為信號與電源兩部分。如，SATA物理接口示意圖（a）為硬碟設備信號部分連線器，（b）為設備供電部分連機器（c）（d）是分別是電纜部分的信號、電源連線器，（e）是主機部分的電纜連線器，（f）和（g）是電纜與插座連線的示意圖。

SATA物理接口示意圖

串列SATA接口的信號部分由7根電纜線組成，其中3根地線，可以削弱消除串列電纜間的干擾，另外4根為兩兩差分的信號線，分別起到傳送與接收
的作用。電源供電部分共有15根電纜，分別提供3.3V，5V，12V電源。如，電纜管腳分配圖。

電纜管腳分配圖

SAS接口體系結構圖

兼容性

Serial ATA規範不僅立足於未來，而且還保留了多種向後兼容方式，在使用上不存在兼容性的問題。在硬體方面，Serial ATA標準中允許使用轉換器提供同並行設備的兼容性，轉換器能把來自主機板的並行ATA信號轉換成Serial ATA硬碟能夠使用的串列信號，已經有多種此類轉接卡/轉接頭上市，這在某種程度上保護了我們的原有投資，減小了升級成本；在軟體方面，Serial ATA和並行ATA保持了軟體兼容性，這意味著廠商絲毫也不必為使用Serial ATA而重寫任何驅動程式和作業系統代碼。

另外，Serial ATA接線較傳統的並行ATA(Paralle ATA)接線要簡單得多，而且容易收放，對機箱內的氣流及散熱有明顯改善。而且，SATA硬碟與始終被困在機箱之內的並行ATA不同，擴充性很強，即可以外置，外置式的機櫃(JBOD)不但可提供更好的散熱及插拔功能，而且更可多重連線來防止單點故障；由於SATA和光纖通道的設計如出一轍，所以傳輸速度可用不同的通道來做保證，這在伺服器和網路存儲上具有重要意義。

驅動器

External Serial ATA的略稱，是為面向外接驅動器而制定的Serial ATA 1.0a的擴展規格。雖然規模比較小，但已經有相對應的產品在市面流通。

ESATA接口的隨身碟

為了防止誤接，eSATA的接口形狀與SATA的接口形狀是不一樣的。 連線線的最大長度為2m。 支持熱插拔。 傳輸速度可以達到主流的USB2.0的傳輸速度的2倍以上。

標準規範

前言

SATA標準的出現，讓計算機儲存產業掀起了大波瀾，除了一改過去並行傳輸的方式，轉而以串列的方式，不僅在排線尺寸方面得到了有效的縮減，在傳輸速度方面也獲得了相當大的提升。

SATA標準的變革

其實我們常見到的SATA II名稱，最早是一個委員會的名稱，該委員會成立的目的就是為了制訂最早的SATA 1.x標準。後來該組織更名為SATA 國際組織 （SATA-IO）。但是SATA II的名稱保留了下來。由於不同廠商所推出的相關產品在功能上或支持度都有所不同，各家SATA產品命名規則有都有所差異。

由於SATA-IO並未硬性規定命名規則與功能要求，因此在推廣初期也造成不少產品定位上的困擾。一般廠商在命名上，多以特定功能作為命名規則，一般常見的多以其最大傳輸速度為主，常見的SATA 300, SATA 3Gb/s和SATA 3G等名稱，部分也有直接取用SATA II為其支持規格名稱，後其的產品在硬體規格上已經相當完備，因此大多捨棄了過去的速度命名規則，加上 SATA-IO於2005年8月底的秋季IDF展中，將過去由各家廠商自行認定的SATA II內容：如3Gbps、本地命令佇列（NCQ）、連結埠分享器（Port Multipliers）和接口選擇器（port selectors）等，統一整合為SATA 2.5的標準規格，大幅減少了市場紊亂的現象。而在2007年第一季度，SATA-IO推出了2.6版的規範，更進一步的3.0版規範也即將在下半年推出。

SATA的優勢仍須面對的現實

SATA 1.0的出現代表著計算機產業正式從低時脈並列傳輸走向高時脈序列傳輸，初始規格訂在1.5Gbps，明顯有著比過去IDE界面更豐沛的傳輸能量。不過SATA雖然提供了如此寬廣的匯流排，但是硬碟機速度進展非常緩慢，轉速與碟片密度的提升速度不夠快，讓SATA匯流排速度的提升意義並不大。

SATA已然成為通用的儲存界面標準

很多人愛舉的一個例子：在速限200的高速公路上騎50CC的小綿羊機車，這也正足以完全形容硬碟機所面臨的窘況。以SATA 1.0的規範來看，其最高傳輸速度約為150Mbyte/s，而即使是高達萬轉以上的高階SATA硬碟，持續傳輸速度也無法超越100MByte/s，想讓SATA的高匯流排頻寬得到發揮，就必須使用磁碟陣列才有辦法，而另一個可以發揮SATA界面高頻寬優勢的方法，就是採用具備連結埠分享器的硬碟外接裝置，將單一SATA連線埠的頻寬可以均分給數量不等的硬碟使用，就來說，以單一硬碟而言，傳輸速度並不會比過去在IDE界面下具有更大的優勢。

eSATA接頭與SATA接頭的差別

其次，雖然SATA具備了熱插拔的規範，但連線纜線多是設計給內接式硬碟使用，最大插拔次數僅約200次，超過此插拔數目，纜線接頭便會劣化，甚至有可能造成硬碟的損壞，即使是針對外接套用的eSTAT纜線，其插拔次數依然僅約2,500次左右，與USB界面相比差距甚遠，不過這方面牽涉到纜線材質與成本之間的關連，雖然理論上可以達到更高的插拔次數，但是售價能否被消費者接受也是關鍵。而SATA纜線雖然在寬度上占盡優勢，但是長度被限制在2米以內，這對部分套用來說，也是個相當大的限制，不過這點可以藉由xSATA來加以解決。

ESATA與SATA接口

SATA 2.6版規範的加強之處

SATA 2.6版加入的技術主要是針對小型嵌入式儲存或行動套用方面，這些技術內容分別包括了以下幾項：

1. 可將SATA光碟機安裝到小型設備（如small form factor）中的內建子卡纜線以及連線器。

2. 可以將1.8寸硬碟安裝到如UMPC之類小型終端的微型SATA連線器。

3. 既然具備了微型連線器規格，自然也要針對這類微型連線器設計了內建或者是外接的多通道纜線以及連線器。

4. NCQ優先權加強，能讓資料在複雜載入環境下，動態為資料的傳輸分配優先權等級，避免塞車的現象。

5. 可容許筆記本電腦關閉或不使用NCQ功能，以避免在驅動程式不完整的情況之下，拖累系統效能。

下圖：SATA 2.6所制訂的小型化連線界面。（SATA-IO）

SATA 2.6版針對行動套用加強

由以上的加強要點可以看出，SATA 2.6版主要針對的是更小的套用，比如說samll form factor或者是UMPC等的內接與外接規格，然而此類套用，其儲存裝置數量備受限制，且儲存裝置本身的速度會因為轉速等不同因素而受到影響（比如說常見於UMPC的1.8寸硬碟其最大傳輸速度不過20MByte/s左右，不及傳統3.5寸硬碟的3分之1。）在SATA規格的導入上似乎並不是那么的有必要。UMPC本身也不可能具備磁碟陣列的支持能力，唯一可能發揮SATA威力的套用方式，就是利用連結埠分享器連線多台外部儲存裝置。

傳統機械式硬碟的缺點在UMPC上一覽無遺，不但功耗大，速度慢，容量增長速度也不快，因此異軍突起的固態盤（SSD）就有可能成為SATA頻寬推廣上的助力。不過換個角度想，UMPC上也有可能內建Express Card界面，與SATA相較起來，Express Card在規格上的拓展、速度表現以及連線方式來看，其實要比SATA更居優勢。在未來的兩三年內，SSD的售價與容量仍然無法被一般消費者所接受，傳統微型硬碟還有其生存空間，因此SATA與Express Card在這方面的競爭其實還是未定之數。

下一階段的SATA 3.0

SATA 3.0最大的改進之處，就是將匯流排最大傳輸頻寬提升到6Gbps之譜，如此一來大幅提升了連結埠分享器與連線器的套用空間，在具備對大容量與高速傳輸需求的外接套用中，可以發揮其長處。而具備更佳耐性的連線測試也在進行之中，不過截至目前為止，其詳細內容還不明確，不過以其超大的頻寬現來看，其實已經超出了一般消費性套用的範圍，而偏重於特定的專業套用，市場也小了許多。

機械式硬碟在未來很長的一段時間之內仍將繼續存在，其傳輸速度的增長也將維持現有的幅度，因此硬體廠商勢必要研發出更多種不同連線方式，才能有效消耗掉這些龐大的頻寬，讓消費者能夠更直接的感受到數字增加所帶來的好處，而不是只能著重於書面規格的宣傳，無法帶給用戶在相關套用上的效益。